隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及現(xiàn)場總線等技術(shù)的廣泛使用，串口通訊在各種場合的應(yīng)用越來越廣泛。在集中控制系統(tǒng)中，需要在多個串口間進(jìn)行通信，而在一般計算機(jī)上，只有1～3個串口，為了實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)的控制，需要對串口進(jìn)行擴(kuò)展。

ARM芯片是目前在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的一種芯片，由于可以運(yùn)行操作系統(tǒng)，以及擁有包括LCD、串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊、存儲芯片等大量外圍接口芯片的支持，使得ARM廣泛應(yīng)用于檢測、通訊、控制等領(lǐng)域。

本文以ARM 920T核的S3C24449芯片作為微控制器，在TQ2440開發(fā)板進(jìn)行串口擴(kuò)展，利用開發(fā)板上的系統(tǒng)總線接口和通用輸入輸出接口分別與擴(kuò)展串口相連，達(dá)到同時與多臺串口設(shè)備并行通信的目標(biāo)。

1 、硬件介紹

1．1 異步通信芯片——TL16C554A

TL16C554A含有4路異步通信單元（Asynchronous Communications Element ACE），每路ACE均可接收外圍設(shè)備的串行數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)供CPU使用，也可將CPU的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)發(fā)送到外圍設(shè)備。

TL16C554A引腳如圖1所示。各主要引腳的功能說明如下：A0—A2用于選擇片內(nèi)寄存器；D0—D7進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；IOR和IOW進(jìn)行讀寫；CSA，CSB，CSC，CSD用于選定具體串口；XTAL1，XTAL2可接晶振或外部時鐘信號；INTA，INTB，INTC，INTD為4個獨(dú)立外部中斷信號；RXA，RXB，RXC，RXD：串行接收數(shù)據(jù)；TXA，TXB，TXC，TXD：串行發(fā)送數(shù)據(jù)。

1．2 系統(tǒng)總線接口、GPIO接口

TQ2440開發(fā)板以S3C2440芯片作為控制器，主頻400MHz，外擴(kuò)64 M內(nèi)存，256 M閃存，并集成了多種接口，本設(shè)計中使用開發(fā)板上的系統(tǒng)總線接口與GPIO（通用輸入輸出接口）和TL16c554A相連。

1．2．1 系統(tǒng)總線接口

本開發(fā)板上的系統(tǒng)總線接口中共包含8根地址線（A0～A6，A24），16根數(shù)據(jù)線（DATA0～DATA15），4個中斷，4個片選等信號，該總線接口集成了IDE所需的所有引出點(diǎn)，方便用戶擴(kuò)展，接口電路如圖2所示。

1．2．2 GPIO接口

GPIO是通用輸入輸出口的簡稱，本開發(fā)板帶有一個40Pin 2．0 mm間距的GPIO接口，如圖3所示。不僅包含很多富余的GPIO引腳，還包含了一些其他CPU引腳，如AIN0～AIN3，CLKOUT等。如SPI接口、I2C接口、LED1～LED4（實(shí)際就是GPB5～GPB8），它們其實(shí)也是GPIO，不過是以特殊功能接口來標(biāo)稱定義的，這些都可以通過相應(yīng)的CPU寄存器來設(shè)置更改它們的用途。

2、 硬件設(shè)計

在硬件設(shè)計中，將TQ2440開發(fā)板擴(kuò)展口的地址線ADDR0，ADDR1，ADDR2與16C554A的A0，A1，A2直接相連，TL16C554A芯片A0，A1，A2的不同的組合代表芯片內(nèi)不同的寄存器。

在與TL16C554A的連接中，由于TL16C554A只有8位，只需TL16C554A的D0～D7和開發(fā)板的DATA0～DATA7相連。讀寫信號直接相連（開發(fā)板的nOE、nWE分別與串口的IOE、IOW直連）。由于16C554芯片啟動要有一定的寬度的脈沖，可以從GPA 12輸出一定的寬度的脈沖來完成。

每片16C554A可以將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)和4個串行端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互的轉(zhuǎn)化，兩片16C554A芯片共有8個串行口，通過3根地址線ADDR4，ADDR5，ADDR24經(jīng)過74LS138選擇8個串口中的任意一個。

因?yàn)榉桨覆捎弥袛喾绞?，所以將NSEL置高位，即允許芯片中斷。16C554A有INTA、INTB、INTC、IN TD4個中斷線，第一片擴(kuò)展串口與系統(tǒng)總線的EINT1，EINT2，EINT5，EINT6相連，第二片擴(kuò)展串口與GPIO中的EINT11，EINT13，EINT15，EIN39中斷相連，使得任一片芯片的任意的端口都能產(chǎn)生中斷。

S3C2440的A0，A1，A2，A4，A5，A24通過不同組合可以選擇8個不同的端口。nGCS5與74LS138譯碼器片選腳相連，根據(jù)S3C2440對地址空間的定義，這樣就確定了第一片16C554A擴(kuò)展芯片4個端口的訪問地址為0X28000000，0X28000010，0X28000020，0X28000030，第二片16C554A擴(kuò)展芯片4個端口的訪問地址為0X29000000，0X29000010，0X29000020，0X29000030，根據(jù)端口基地址就可以確定片內(nèi)的各個寄存器地址。具體連接如圖4所示。

3、 驅(qū)動程序移植

軟件設(shè)計主要是為設(shè)備編寫驅(qū)動程序。設(shè)備驅(qū)動是介于硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件接口，主要功能包括：探測和初始化設(shè)備；從設(shè)備接收數(shù)據(jù)并提交給內(nèi)核；從內(nèi)核接收數(shù)據(jù)送到設(shè)備；檢測和處理設(shè)備錯誤。

串口驅(qū)動程序從上到下分為4層：終端設(shè)備層、行規(guī)程、串口抽象層、串口芯片層。其中，串口芯片層與具體的芯片相關(guān)，主要是向串口抽象層提供串口芯片所用的資源，還進(jìn)行一些與芯片相關(guān)的設(shè)置。

TL16C554A擴(kuò)展串口芯片屬于標(biāo)準(zhǔn)串口，內(nèi)核的串口驅(qū)動程序?qū)λС炙尿?qū)動程序就是Linux內(nèi)核代碼中的driver／seria／8250．c．入口函數(shù)是serial8250_init，它用于向串口抽象層提供注冊串口的物理信息。串口的物理信息主要有兩類：訪問地址和中斷號。所以只要設(shè)置好這兩類物理信息，就可以驅(qū)動擴(kuò)展串口了，圖5為驅(qū)動程序移植流程。

3．1 構(gòu)建擴(kuò)展串口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

串口的物理信息存儲在內(nèi)核源程序arch／arm／plats3c24xx／common-smdk．c中，所以主要工作是在commonsmdk．c源文件中增加三段代碼：

1）增加頭文件

源程序中要包含頭文件linux／serial_8250．h，用于告訴編譯器使用8250．c作為擴(kuò)展串口的源程序；

2）增加串口的物理信息

在common-smdk．c文件中增加8個元素的structplat_serial8250_port結(jié)構(gòu)數(shù)組，并加入數(shù)據(jù)項(xiàng)，如每個串口使用的物理地址和中斷號等信息，使系統(tǒng)啟動后能找到串口。下面以第1片TL16c554A的第1個串口CSA為例說明如何在源程序中添加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

3）加入內(nèi)核設(shè)備列表中

把串口設(shè)備（s3c_deviee_8250代表TL16c550A芯片）加入到內(nèi)核的platform_device結(jié)構(gòu)中

static struct platform_device_initdata*smdk_devs［］={ &s3c_device_8250，}；

3．2 增加開發(fā)板代碼使串口可用

主要修改drivers／serial／8250．c文件，使BANK5以8位的位寬訪問TL16c554A芯片，并指定芯片的中斷觸發(fā)方式。

1）增加頭文件asm／areh-s3c2410／regs-mem．h，定位TL16c554A所在的地址空間；

2）設(shè)置存儲控制器的BANK5的位寬（8位）

在serial8250_init（void）初始化函數(shù)中把存儲控制器的位寬寄存器設(shè)為0X22011110；

3）指定中斷觸發(fā)方式

因?yàn)門L160554A的中斷信號INTA、INTB、INTC、INTD為高電平有效，所以需將INTA、INTB、INTC、INTD上升沿觸發(fā)，在調(diào)用中斷函數(shù)req-uest_irq前應(yīng)設(shè)置中斷標(biāo)志為IRQF_TRIGGER_RISING。

3. 3 增加內(nèi)核配置項(xiàng)

在內(nèi)核源代碼的driver／serial／Kconfig中增加config條目CONFIG_SERIAL_EXTEND_S3C24XX，內(nèi)核編譯時選定該選項(xiàng)可以把驅(qū)動程序編譯進(jìn)系統(tǒng)中。

4 、測試擴(kuò)展串口

測試的工作包括編譯內(nèi)核、在根文件系統(tǒng)中增加設(shè)備文件、修改系統(tǒng)初始化腳本、測試擴(kuò)展串口幾個步驟。圖6為串口測試流程圖。

1）配置、編譯內(nèi)核

配置內(nèi)核時增加配置選項(xiàng)CONFIG_SERIAL_EXTEND_S3C24XX，執(zhí)行“make uImage”命令，編譯內(nèi)核。

2）修改根文件系統(tǒng)

在Linux系統(tǒng)中通過設(shè)備文件來訪問具體的物理設(shè)備，故使用mknod命令，增加ttyS0，ttyS1，…，ttyS7設(shè)備文件，分別對應(yīng)兩片TL16c554A的8個串口。命令格式如下：

# mknod／dev／ttyS0 c 4 64

3）修改配置文件

在／etc／inittab配置文件中添加ttyS0：：askfirat：-／bin／sh

4）測試

把第一個串口與主機(jī)相連，設(shè)置U-Boot的啟動參數(shù)為：noinitrd root=／dev／mtdblock2 init=／linuxrc console=ttyS0，重新啟動開發(fā)板，就能在超級終端下看到linux系統(tǒng)啟動信息了。

5 、結(jié)束語

本文提供了在原有TQ2440開發(fā)板中擴(kuò)展8個串口，采用中斷服務(wù)的方案，提高了ARM9系統(tǒng)運(yùn)行效率。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步擴(kuò)大，將串口擴(kuò)展到12個、16個或者更多。

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